microbik.ru
1

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ СИСТЕМИ ТА АВТОМАТИЗАЦІЯ



УДК 621.313.3

УТОЧНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ В ПУСКОВЫХ РЕЖИМАХ

Огарь В.А., Калинов А.П.

Кременчугский государственный политехнический университет

Институт электромеханики, энергосбережения и компьютерных технологий

Величко Т.В.

Криворожский технический университет


Введение. Асинхронные двигатели являются наиболее распространенным типом электрических машин, которые широко применяются в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях, что обусловлено простотой их конструкции, надежностью в эксплуатации, высокими динамическими показателями, возможностью работы, как в двигательном, так и в генераторном режимах. Современная экономическая ситуация в стране, связанная с дефицитом средств на приобретение нового парка электрооборудования, приводит к использованию на предприятиях, в большинстве случаев, отремонтированных двигателей. В свою очередь, ремонт двигателей, как уже неоднократно указывалось в работах [1, 2], приводит к изменению паспортных данных электрических машин. Поэтому, правильное определение «нового» паспорта двигателя повышает ресурс работоспособности асинхронной машины при ее эксплуатации. Отметим, что под «работоспособностью» будем понимать способность двигателя выполнять заданные функции с параметрами и характеристиками, которые отвечают технической документации [3].

В [4] проведен анализ методов, позволяющих определить электромагнитные параметры электрической машины при ее испытаниях. Следует отметить существование многообразия подходов при решении этой задачи, однако, многие из них трудоемки (построение векторных, круговых диаграмм и т.п.) и не всегда позволяют определить все интересующие параметры машины. Большинство работ базируются на методике расчета «нового» паспорта двигателя, которая, в своей основе, содержит расчет схемы замещения. Поэтому, работоспособность машины во многом будет зависеть от точного определения ее параметров, а именно, индуктивных и активных сопротивлений контуров. Формирование эксплуатационных режимов, на основании новых паспортных данных позволяет продлить дальнейший срок службы машины за счет корректной настройки аппаратуры защиты и системы управления электроприводом.

Одним из ключевых вопросов при расчете эксплуатационных характеристик асинхронной машины, прошедшей ремонт является учет реальных физических явлений, протекающих в двигателе, таких как потери в стали машины, вытеснение тока в роторе и др.

Цель работы - анализ влияния эффекта вытеснения тока в роторе на эксплуатационные характеристики асинхронного двигателя.

Материал и результаты исследований. Для количественной оценки этого явления выполним расчет механических характеристик асинхронных двигателей, паспортные данные которых представлены в таблице 1.

Таблица 1 -

Паспортные данные асинхронных двигателей серии 4А, степень защиты IP4

Типоразмер двигателя

,

кВт

,

об/мин

,

%







,

Ом

,

Ом

,

Ом

,

Ом



4А100L2

5.5

2898

87.5

0.91

2

2.5

1

1.1

0.75

2.3

4A112M2

7.5

2925

87.5

0.88

2

2.8

0.68

0.85

0.41

2.1

4A132M2

11

2931

88

0.9

1.7

2.8

0.41

0.63

0.26

1.24

4A160S2

15

2937

88

0.91

1.4

2.2

0.4

0.7

0.17

0.93

4A160M2

18

2937

88.5

0.92

1.4

2.2

0.31

0.89

0.14

0.74

4A180S2

22

2943

88.5

0.91

1.4

2.5

0.21

0.48

0.12

0.58



Для этого выполним анализ Т-образной схемы замещения, представленной на рис.1.



Рисунок 1 - Т-образная схема замещения асинхронного двигателя

Общие сопротивления:

  • цепи статора:

, (1)

  • цепи ротора:

, (2)

  • контура намагничивания:

. (3)

Эквивалентное сопротивление цепи:



(4)

В результате ток статора:

. (5)

Э.д.с. равна:

. (6)

Ток ротора:

. (7)

Ток намагничивания:

. (8)

Момент двигателя:

. (9)

Рассмотрим влияние эффекта вытеснения тока в роторе на характеристики асинхронного двигателя. В работах [5, 6] приведены зависимости, отражающие квадратичную зависимость увеличения сопротивления ротора на высших гармониках (рис. 2). Принимая во внимание, что при анализе пусковых характеристик частота в роторе изменяется до 50 Гц, с достаточной степенью точности можно учесть влияние эффекта вытеснения тока линейной зависимостью:

, (10)

где с – коэффициент увеличения активного сопротивления ротора.


Рисунок 2 - Зависимость увеличения активного сопротивления на высших гармониках

Подставив выражение (10) в зависимости (2, 4-9) получим следующее.

Сопротивление роторной цепи:

(11)

Общее сопротивление:

(12)

В результате ток статора и э.д.с. двигателя будут:

(13)

(14)

С учетом полученных выражений ток ротора:

(15)

Момент двигателя выразим через параметры схемы замещения, используя зависимость (9):

(16)

Коэффициент, учитывающий эффект вытеснения тока в роторе с, рассчитаем из следующих условий. С одной стороны, из паспортных данных, момент пусковой равен:

.

С другой стороны, пусковой момент двигателя можно рассчитать, используя зависимость (16) при скольжении равном единице. С учетом этого, получим выражение для нахождения коэффициента с:

(17)

При возникновении трудностей с расчетом параметров схемы замещения по каталожным данным возможен расчет механической характеристики АД по формуле Клосса, учитывающей эффект вытеснения тока в роторе (18):

. (18)

Коэффициент (18), учитывающий эффект вытеснения тока в роторе находится:

. (19)

Используя выражения (17), (19), рассчитаем коэффициент, учитывающий эффект вытеснения тока, для двигателей, приведенных в таблице 1.

Результаты расчетов сведены в таблицу 2, где приняты следующие обозначения: - коэффициент, учитывающий эффект вытеснения тока в роторе, рассчитанный по Т-образной схеме замещения; - коэффициент вытеснения тока в роторе, рассчитанный по формуле Клосса (18); - погрешность метода, для пускового режима;

- погрешность метода в точке критического скольжения.

Таблица 2 -

К определению коэффициента, учитывающего эффект вытеснения тока в роторе

Типоразмер двигателя

,

кВт









4А100L2

5.5

0.754

1.591

4.076

3.21

4A112M2

7.5

2.27

2.354

4.523

3.879

4A132M2

11

1.279

1.849

3.091

2.667

4A160S2

15

2.01

3.142

3.053

3.928

4A160M2

18

3.638

4.089

3.991

4.691

4A180S2

22

1.468

2.774

2.892

3.429


Графические зависимости механических характеристик, полученные по предложенному методу представлены на рис. 3-6, где цифре «1» - соответствует двигатель серии 4А с номинальной мощностью 5,5кВт, «2» - 7,5кВт, «3» - 11кВт, «4» - 15кВт, «5» - 18кВт, «6» - 22кВт; - момент двигателя в относительных единицах.



Рисунок 3 - Механические характеристики асинхронных двигателей, рассчитанные по Т-образной схеме замещения



Рисунок 4 - Механические характеристики асинхронных двигателей, рассчитанные по Т-образной схеме замещения с учетом вытеснения тока в роторе
На основании вышеописанных методов, для АД серии 4А250М2 с паспортными данными в одной системе координат построены механические характеристики (рис.5), где - характеристика, полученная для Т-образной схемы замещения без учета влияния эффекта вытеснения тока в роторе; - характеристика, полученная с использованием формулы Клосса; - характеристика, полученная для Т-образной схемы замещения с учетом эффекта вытеснения тока в роторе при известных параметрах схемы.




Рисунок 5 - Механические характеристики АД
Выводы. Анализ механических характеристик показал существенное расхождение результатов при расчете по формуле Клосса и по Т-образной схеме замещения. Неучет эффекта вытеснения тока в роторе приводит к значительным погрешностям при определении пускового момента и эффективного момента за время пуска. В работе предложена модифицированная формула Клосса, позволяющая уточнить расчет пусковой характеристики за счет учета эффекта вытеснения тока на основе каталожных данных асинхронного двигателя.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Коварский Е.М., Янко Ю.И. Испытание электрических машин. – М.: Энергоиздат, 1990. – 317с.

  2. Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. Испытания и надежность электрических машин. М.:Высш.шк., 1988.-232с.

  3. О.Ю. Лозинський, Я.Ю. Марущак, П.П. Костробій Розрахунок надійності електроприводів: Підручник. – Львів, вид-во ДУ “Львівська політехніка”, 1996. – 234с.

  4. Здор И.Е., Мосьпан В.А. Анализ методов диагностики асинхронных короткозамкнутых двигателей.//Сб. статей «Проблемы создания новых машин и технологий», в.2. – Кременчуг, 1998.

  5. Домбровский В.В., Хуторецкий Г.М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. Л., «Энергия», 1974, 504с.

  6. Сивокобыленко В.Ф., Павлюков В.А. Расчет параметров схем замещения и пусковых характеристик глубокопазных асинхронных машин // Электричество. - 1979. - №10. - С. 35-39.

Стаття надійшла 15.04.2006 р.

Рекомендовано до друку

д.т.н., проф. Родькіним Д.Й.





Вісник КДПУ. Випуск 3/2006 (39). Частина 1.